Je leest:

Waterzuivering op schaal

Waterzuivering op schaal

Auteur:

Het filteren van water met speciale membranen is een economisch steeds interessantere optie voor het maken van drinkwater. Waren de technieken vroeger nog duur en verbruikten ze veel energie, tegenwoordig kan membraanfiltratie concurreren met klassieke zandfiltratie bij de bereiding van drinkwater. Met name voor het maken van drinkwater uit zeewater is de membraantechnologie niet meer weg te denken.

Small
dr.ir. Wilbert van de Ven
technologiestichting STW

Na het voltooien van zijn studie chemische technologie aan de Universiteit Twente in 2002, besloot Wilbert van de Ven (1977) te gaan promoveren op membraantechnologie. Ervaring met membranen was hem niet vreemd, hij studeerde in Twente af op het verwijderen van water uit aardgas met behulp van membraantechnologie.

Van de Ven: “Ik ben begonnen met het nadenken over ultrafiltratie. Wat is de essentie ervan, en welke parameters spelen een rol. Ik kwam al snel op het idee dat je eigenlijk op laboratoriumschaal een kleine filtratieinstallatie nodig hebt. Daarmee kun je dan precies simuleren wat de praktijk doet. Als je het model goed in modules opsplitst, kun je heel systematisch gaan opzoeken wat de grenzen zijn van de filtratietechniek.”

Het principe van de filtratietechniek kent drie fasen: filtratie, terugspoelen en chemische reiniging.

  • In de eerste fase wordt water onder druk door het zeer fijnmazige membraan gepompt. De verontreinigingen in het water – zoals deeltjes, virussen en bacteriën – blijven achter op het membraan.
  • Na enige tijd is het membraan dusdanig vervuild dat het gereinigd moet worden. Dat gebeurt door de stroomrichting van het water door het membraan om te keren. De vervuiling wordt zo weggespoeld – dat is fase twee.
  • Niet alle vervuiling is echter op deze manier weg te halen. Daarom is een derde fase nodig waarin het membraan met chemicaliën wordt gereinigd. Deze chemicaliën kunnen echter het milieu belasten en verkorten de levensduur van het membraan. Doordat de parameters die van invloed zijn op het proces vanuit de laboratoriumschaal goed onderzocht zijn, is het mogelijk om zaken als het energieverbruik of het gebruik van chemicaliën tot een minimum te beperken.
Medium
Module met vezeltjes: Een praktijkmodule voor het toepassen van de ultrafiltratie membranen zoals die door Norit X-Flow gemaakt worden. Het voedingswater stroomt aan de binnenkant van de holle rietjes. Onder druk wordt het water door de poreuze wand van de rietjes geperst. Het vuil blijft achter in het rietje en dit wordt er periodiek uitgespoeld.
technologiestichting STW

Op zoek naar de schaal

Voor het maken van een schaalmodel van dit proces begon Van de Ven met het zoeken van geschikte meetapparatuur. Daarna kwam de vraag: op welke schaal moet je een membraaninstallatie nabouwen? Van de Ven: “Als je net bent afgestudeerd, heb je daar geen idee van. Het zoeken van de juiste schaal heeft me behoorlijk wat tijd gekost. Het liefst wil je een module op ware grootte hebben, maar dan heb je kubieke meters water per uur nodig. Dat is niet handig. Als je het echter te klein maakt, dan krijg je geen goed beeld van de werkelijkheid.”

Na eerste berekeningen begon Van de Ven met het kopen van de eerste waterpompen. Toen kwamen er flowcontrollers en goede druksensoren bij. Zo ontdekte hij gaandeweg welke modules goed bruikbaar zijn en welke fabrikanten goed materiaal leveren. Al werkend met de verschillende onderdelen vond hij de juiste schaal. Van de Ven: “Het schaalmodel is wat korter dan in de praktijk. Het echte filter is een meter lang. Het model is 40 centimeter. Dat levert iets andere stromingskarakteristieken op, maar alles bij elkaar geeft het een goed beeld van de werkelijkheid.”

Toen de installatie eenmaal was gebouwd, begon de automatisering. Alle besturingssoftware is door Van de Ven zelf geschreven in ‘labview’. Het bouwen en automatiseren van de installatie heeft in totaal zo’n anderhalf jaar geduurd. Daarbij sloeg het ongeduld weleens toe. Van de Ven: “In het begin was het elke dag bouwen, bouwen, bouwen – en nul meetresultaten. Terwijl je weet, dat je wetenschappelijke onderzoeksresultaten moet leveren en daarover moet publiceren.”

Maar het zorgvuldig bouwen en automatiseren van de meetopstelling bleek uiteindelijk een goede investering: “Omdat alles was geautomatiseerd, konden we heel efficiënt metingen doen. In totaal heb ik al mijn metingen in minder dan anderhalf jaar gerealiseerd. Dat is het mooie van automatiseren: je zet het apparaat ’s avonds aan, je komt de volgende dag terug, en de resultaten staan nog voor je een eerste kop koffie op hebt, op het scherm. Je wint daar heel veel tijd mee. Als ik alle metingen met de hand had moeten doen, dan had het wel tien keer zo lang geduurd”.

Medium
Van de Ven in zijn huidige werkomgeving. Vitens past op een tiental productielocaties omgekeerde osmose of nanofiltratie toe om het drinkwater te ontharden, te ontkleuren en ongewenste stoffen uit het drinkwater te verwijderen.
technologiestichting STW

Lastige praktijksituatie

Het schaalmodel werd in de laatste twee jaar van het promotieonderzoek getest om een lastige situatie uit de praktijk te simuleren: het filteren van polysachariden. Van de Ven gebruikte hiervoor zogeheten alginaten als modelstof: “Dat zijn afvalstoffen van algen in het water. Het zijn eigenlijk de polysachariden die in de cellen van de algen rondzwerven. Als de algen doodgaan, komen deze vrij. Natrium-alginaat heeft interessante filtratiekarakteristieken, die sterk afhankelijk zijn van de omgeving waarin het zich bevindt.”

Doordat in het model alle parameters van het filtreren goed onder controle konden blijven, lukte het om ook hele kleine veranderingen in het filtratieproces te meten. Daar volgden mooie wetenschappelijke publicaties uit, en uiteindelijk een proefschrift van meer dan 200 pagina’s. Alle hypotheses die na de filtratie-experimenten geformuleerd waren, werden bevestigd. Na zijn promotie heeft Van de Ven gesolliciteerd bij bedrijven in Canada en Engeland.

Uiteindelijk is hij bij Vitens, het grootste drinkwaterbedrijf van Nederland terechtgekomen. Van de Ven: “Hier kan ik mijn expertise op het gebied van waterzuivering dagelijks gebruiken. Omdat ik nu een meer sturende dan uitvoerende rol heb, werk ik nu op een heel ander niveau. Het gaat nu om uitdagingen die je tijdens een promotie ook hebt: hoe pak je een groot project aan, hoe werk je met een team samen, hoe zorg je ervoor dat je projecten goed aanpakt. Dat zijn meer de ‘softe’ dingen van het onderzoek doen. Maar juist die vind ik fascinerend.”

Het promotieonderzoek van Wilbert van de Ven is gefinancierd binnen het Open Technologieprogramma van STW.

Dit artikel is een publicatie van Technologiestichting STW.
© Technologiestichting STW, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 januari 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE